氷の道

氷の道または氷の橋^{[1] [2] [3] [4]}は、凍った水面（川、湖、または海水域）に架かる人工構造物です。^{[5] [6] [7]氷の道は通常、}冬季道路の一部ですが、2つの海岸線を結ぶ単純な独立構造物であることもあります。^{[8] [9]}氷の道は、安全で効果的なままになるように計画、建設、維持管理することができ、この点に関する情報を含む多くのガイドラインが公開されています。^{[1] [4] [10] [11]}氷の道は、例えば冬の間コミュニティのニーズに応えるために、毎年建設されることがあります。^{[4] [12]また、水力発電プロジェクト[13]}や沖合の掘削現場などの特定の作業を供給するために、1年か2年だけの建設になることもあります。^[14]

氷の道路が車両の重量（または道路にかかるその他の荷重）を安全に支える能力は支持力と呼ばれ、その構造物を設計、構築、使用する際に最も重要となる事項です。一般的に、垂直に荷重がかかった氷の覆いは、1) 沈む、2) 曲がる、という2つの反応を示します。^{[1] [5]}氷の支持基準を満たすには、上面が水面より下に沈んではならず、加えられた曲げ応力が氷の曲げ強度を超えてはなりません。^[15]次の3つの荷重状況を考慮する必要があります。a) 標準的な使用または短時間の駐車の最大重量、b) 長時間にわたって静止したままの荷重、c) 走行車両からの氷の覆いへの動的荷重。

標準的な交通活動の場合、ガイドラインでは通常、単純な経験式を使用して、氷の道路で許可される最大車両重量を決定します。^{[11] [16]}この式は1971年に最初に提案され、^[17]ゴールドの式と呼ばれることがよくあります。

${\displaystyle P=Ah^{2}}$

ここで、Pは荷重、hは厚さ、Aは圧力の単位を持つ定数である。これは氷床の理想的な弾性応答と関連している可能性がある： ^[1]

${\displaystyle \sigma _{\max }=CP/h^{2}{\text{ または }}CP=\sigma _{\max }h^{2}}$

ここで、σ _{max は}、弾性基礎の上にある無限の氷板の底部の最大引張強度です。パラメータC は、厚板理論に基づいています。したがって、この理想化された定式化では、A は氷の張力の代表値となります。A の推奨値は 3.5 ～ 10 kg/cm 2 (~ 50～150 lbs/in 2 ) の範囲ですが、下限^値は^一般に安全目的で使用される値です。^{[11] [16]}このレベルの保守性は、鋼鉄やコンクリートなどの人工材料とは異なり、天然の氷の張力には本質的に大量の構造上の欠陥 (亀裂、水や空気の溜まり) が含まれているため正当化されます。^[2]さらに、比較的管理されていない公道の場合、このようなアプローチは突破に対する高い安全係数をもたらすため、望ましいものです。産業道路の場合、機能上の要件に対応するために設計はそれほど保守的でない場合があります。つまり、より高いA値を使用できますが、専門のエンジニアの厳重な監視が必要です。^{[4] [2]}

ゴールドの公式を使用する場合、純粋に弾性的な応答が想定されます。これは定義上、瞬時であり、荷重時間とは無関係です。しかし、氷は自然に高い相同温度、つまり融点近くで存在します。これらの条件下では、他の物質の場合と同様に、荷重に対する応答は弾性的であるだけでなく、他の要素も組み込まれています。^{[18] [19]}

1. 時間依存の回復可能なコンポーネント- これにより微小亀裂が発生し、破砕や最終的にはブレークスルーにつながる可能性があります。
2. 時間依存の回復不可能な要素-これは一般にクリープと呼ばれ、氷河の流れ（長期）の原因となるメカニズムと関連しており、荷重に対する氷の道路の反応において無視できる役割を果たします。

このように、氷の覆いは車両を安全に支えることができるかもしれませんが、氷の上に長く留まりすぎると、マイクロクラックによって変形が続き、車両の下の氷の覆いが崩壊することになります。これを回避する方法については、さまざまな推奨事項があります。 ^{[11] [16]}一部の情報源では、静止荷重の最大時間を2時間と規定しており、^{[20] [3] [4]}これはゴールド氏も推奨しているものです。^[17]他の者は、氷の乾舷を指標として使用することを推奨しており、^{[18] [1] [2] [3]}これは、氷に穴をあけ、穴の中の水と氷の表面の間の距離を監視することで行うことができます。水がその穴の表面に達する前に車両を移動させる必要があります。乾舷の量が重要なもう1つの理由は、水が氷の表面に侵入すると（亀裂や裂け目を通して）、氷の覆いの支持力が急速に低下し、突破が加速される可能性があるためです。^{[15] [1]}長期にわたる負荷については、専門の技術者に相談する必要があるかもしれません。^[4]

車両が道路を走行すると、氷の覆いに動的荷重がかかります。^{[1] [4]}臨界速度と呼ばれる特定の速度以下では、車両の下の氷の覆いは、ボートのキールのように、車両と一緒に動くボウルの形になり、周囲の水を押しのけます。^[1]臨界速度（およびそれ以上）では、車両の前後に一連の波が形成されます。「これらの波の速度が車両速度と同じであれば、振動システムの共鳴と同様に、氷床のたわみと応力が増幅されます」（pp. 8–10）。^[1]臨界速度は、氷の厚さと水深によって異なります。発生するもう 1 つの問題は、これらの波が海岸線から車両に向かって反射することです。これにより、氷に追加の応力が発生する可能性があります。この問題を軽減する方法の 1 つは、海岸線に 90 度で近づかないようにすることです。^[4]臨界速度は、氷の道路を走行する車両の速度制限を決定するものです。その制限速度は10km/h（6.2mph）から35km/h（22mph）程度まで低下する可能性がある。^{[3] [4]}氷の動的荷重によっても車両間の最小距離が決まる場合がある。^{[4] [2]}

浮遊氷床に対する動的荷重の影響は、現地試験によって調査されてきた。^{[22] [23] [24]}しかし、このような波のパターンの最も説得力のある証拠は、衛星画像によって捉えられた。^{[25] [21]}

よくあることですが、氷上道路が冬季道路の一部である場合、その設計と施工は、陸上部分と合わせて道路全体の計画に組み込まれます。[ ^2]いずれにしても、建設前に対処する必要がある要素には次のものがあります。

• スケジュールと作業時間: 作業の開始、つまり現場作業員が作業を開始する時間は、自然に形成された氷の厚さ (通常は積雪下) によって決まります。その厚さは、積雪を除去するために使用される軽量機器の重量に耐えられるほど十分である必要があります。雪は絶縁体として機能し、雪を除去すると氷と水の境界面 (氷の底部) での氷の成長が加速されます。
• 交通の種類と量: これは、運行シーズンの輸送要件 (機器、物資、燃料など) と、その物資を輸送する手段 (車両の種類、重量、交通量など) を決定することです。
• 道路用地: これは交通を収容するために必要な道路幅を指します。これは 30 m (98 フィート) から 60 m (200 フィート) の範囲です。理想的には、両側に雪の山と吹き溜まりのためのスペースを残し、その雪と実際の走行車線の間に余分なスペースを残すのに十分な幅が必要です。
• 環境および規制要件: ライセンスと許可は管轄によって異なります。例としては、期間限定の土地使用許可や水源へのアクセス (湖や川の保護のため) などがあります。

ルート選択の際に考慮すべき要素としては、以下のものがある: ^{[2] [3] [12]}

• 動的荷重に関連する問題を回避するには、より深い水が望ましいです。海岸線沿いや浅瀬の上の氷は割れやすい傾向があります。
• 水流が強い場所や、小川や小川の河口付近は避けてください。氷と水の境界面の温度は 0 °C (32 °F) ですが、それより少し高い温度の水の流れによって境界面が熱侵食され、氷の厚さが減少します。^[要出典]
• たとえばダムによって制御される水域の上流における水位変化の影響を考慮してください。
• 地元の知識と衛星画像を使用して過去の氷の状態を確認すると、氷の隆起などの問題が繰り返し発生する領域を解明するのに役立ちます。

氷に初めてアクセスする前に、以下の要素を考慮する必要があります。^{[2] [4] [3]}

• 十分な注意を払う必要があります。これには、浮遊装置などの適切な個人用保護具 (PPE)、十分なトレーニング、2 人での作業が含まれます。
• 安全性をさらに最適化するには、双方向無線、水陸両用車、車輪付き車両のウインチなどの機器とアクセサリが必要です。
• 氷の厚さは、必要な距離間隔で氷オーガーで測定するか、地中レーダー（GPR）を使用して測定することができます。氷の厚さは数百メートルにわたって70％も変化する可能性があるため、これは重要です。また、最小の氷の厚さは、氷全体の支持力を決定するために使用されます。^[4]
• ボーリング掘削により氷のコアを採取し、白氷と透明氷などの内部構造を調べることができる。^[12]

積雪除去は、氷上道路建設計画における最初の主要作業である。^{[2] [3] [12] [26]}作業は、氷の厚さがその作業に使用する機械を支えられるほど安全になった場合にのみ開始される。その特定の道路で利用可能な機器と実施状況に応じて、2つの方法がある。1つは、履帯車両で積雪層を薄い層に詰め、密度を高めて断熱性を低下させる方法である。もう1つは、通常は除雪車を装備した車両で積雪を完全に除去する方法である。

氷が目標の厚さに達すると（雪の断熱効果を取り除いた後の加速成長により）、道路建設自体が開始されます。その時点で、氷はその段階で必要なより重い機器を安全に支えることができます。これは主に、ポンプまたは噴霧システムを使用した人工的な厚み付けで構成されます。^{[2] [5]}目標は、氷の道路が開通したときに予想される最も重い車両に必要な厚さまで厚さを上げることです。

凍結した道路を走行する車両には、様々なサイズや重量の普通の自動車やトラックが含まれます。標準的な冬用タイヤで十分であり、クリートやタイヤチェーンは路面を傷つける可能性があります。^{[12] [26]}ただし、緊急用としてタイヤチェーンを車両に保管することができます。^{[2] [4]}また、冬道の陸上区間で勾配が8%を超える場合にも役立ちます。^[2]標識には、たとえば最高時速25 km (16 mph) などの速度制限や、たとえば12,500 kg (27,600 lb) を超える荷物の場合は500 m (1,600 ft) の車両間隔が示される場合があります。^{[2] [4]}これらの制限は、氷のカバーが損傷するリスクを軽減するためのもので、損傷すると、設計された重量を支える能力が損なわれます。

メンテナンスは主に2つのタスクから構成されます: ^{[3] [4] [2] [12]}

• 氷の厚さの監視: これは、ドリル穴または地中レーダーを使用して行うことができます。
• 通行性監視: 氷の表面は使用により劣化する可能性があります。また、急激な気温の変化によって引き起こされる隆起や亀裂などの自然現象によって損傷を受けることもあります。

氷路は、通常、氷の崩壊の危険が生じる前に、走行面または運行面の劣化の結果として閉鎖される。^[4]表面の劣化は、氷面が柔らかくなりすぎた場合、または表面に過剰な量の融解水がある場合に発生する可能性がある。^{[3] [26]}シーズン中の道路閉鎖も同様の理由で発生する可能性があり、また吹雪などの悪天候によっても発生する可能性がある。^{[3] [12]}氷路が冬季道路の一部である場合、陸上区間が使用できなくなったために閉鎖されることもある。

氷の横断部分は補強すればより大きな荷重に耐えられるようになり、過去にはいくつかの方法で補強が行われてきました。^{[27] [28] [29]}また、これらの構造物は温暖化の影響を受けやすく、運用寿命が短くなるため、^{[30] [31]}小川の横断部分や冬道が海岸線を横切る部分など、問題のある部分を補強すると効果的です。

• 2008年の映画「フローズン・リバー」は、カナダからアメリカへの不法移民の密輸に関与する2人の女性を描いた架空の物語で、彼女たちは車で凍ったセントローレンス川を渡ります。

• カナダとアラスカの氷の道路は、ヒストリーチャンネルのリアリティ番組「アイスロード・トラッカーズ」で大きく取り上げられました。

• 2021年のスリラー映画「アイス・ロード」では、鉱山での爆発後にトラック運転手が物資を配達するためにカナダ北部を走る氷の道路が大きな特徴となっている。

• 氷上釣りと氷の道
• ティビットからコントウォイトまでの冬道
• 冬の道
• 雪道
• 氷の桟橋
• アイスレース

ウィキメディア・コモンズには、氷の道路に関連するメディアがあります。

• ノースウェスト準州政府運輸局 - 氷の道路 / 氷の橋 / 冬季道路
• ノースウエスト準州政府道路状況報告書
• カナダの壮大な氷の道路を建設中、Popular Mechanics の記事。